自动控制原理课程设计--Matlab软件进行系统仿真.docx

一、 设计目的首先，通过对水箱流量控制系统分析，加强对水箱流量控制系统的认识，并掌握超前校正网络设计的方法。其次，通过设计，培养分析问题解决问题的能力。此外，使用matlab软件进行系统仿真，从而进一步掌握matlab的使用。二、 设计要求和设计指标题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。（3）系统校正后，幅值穿越频率。三、设计内容1. 手画出满足初始条件的最小值的系统的bode图（用渐近线表示），计算出系统的相角裕量；2. 在系统前向通道中插入一个相位超前校正网络，确定校正网络的传递函数；3. 用matlab画出校正后的系统bode图，并标出开环剪切频率及对应的相角；4. 确定校正装置的电路形式及电路参数；3.1 确定开环增益由要求（1）：系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差ess0.004。ess=1kv=1k0.004kv=lims0sg0shs=lims0sks0.1s+1(0.01s+1)得k250， 取k=250。3.2 求出相角裕量待校正系统开环传递函数g0(s)=250s0.1s+1(0.01s+1)上式代表最小相位系统，因此，画出其对数幅频渐近线特性如图1所示。图（1）：未校正系统的bode图由图得待校正系统的开环剪切频率 c1=50rad/s可算出待校正系统的相角裕量为r0=1800-900-acrtan0.1wc1-acrtan0.01wc1 =-15o相角裕度小的原因，是因为待校正系统的对数幅频特性中频区的斜率是，系统的动态特性会有严重的振荡，需要校正装置校正。由于截止频率远远低于指标要求，故采用串联超前校正是合适的。 3.3确定超前相角c=r-r0+=5o15o加是考虑到校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量，未校正系统中频段的斜率为-40db/dec，故取该值。取e=10oc=45+15o+5o=65o3.4求校正装置的参数a=1-sinc1+sinc=0.049 3.5确定未校正系统幅值为10log的频率m8校正后系统的剪切频率c=m,网络的对数8幅值 10log=-13.09可计算出未校正系统在该处的频率，既可作为校正后的系统的剪切频率c。-8.778-0=-40lgc/100c=212rad/s3.6下面计算校正网络的周期m是1t和1t的几何中点，所以有m2=1t*1tm=1t令m=c=212rad/s则t=1n=0.02331t=42.968rad/st=0.001141t=877.2rad/s3.7写出校正装置的传递函数gcs=ts+1ts+1=0.0233s+10.00114s+13.8补偿超前校正网络造成的幅值衰减附加一个放大器kc=1=7.6则校正后系统的开环传递函数为gs=g0sgcskc =1000(0.0166s+1)s0.1s+10.001s+1(0.0022s+1)做出校正后的系统结构图和bode图，如图2所示。y(s)0.0233s+10.00114s+11000s0.1s+1(0.001s+1)r(s) _ 图（2）：校正后的系统的bode图和系统结构图3.9校正后的相角裕量=180o-90o+arctan0.0223c-arctan0.1c-arctan0.001c-arctan0.00114c =47o 由于45o校正后系统的性能指标满足要求。由matlab画出校正后的bode，可以得到稳定性裕量的精确值c=165rad/s，=47o。与上面求的值基本一致。由此可得，所选用的校正装置能够达到目的。3.11采用matlab来设计校正装置做出校正后的系统结构图和bode图，程序如下 num=16.6 1000; f1=1 0; f2=0.1 1; f3=0.001 1; f4=0.001141; den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,conv(f4); h=tf(num,den); bode(h)图（7）：校正后和校正装置的频率特性读图可得，系统的开环剪切频率c=212rad/s，相角裕量=47o。满足系统要求。四、 设计小结通过对初步知识的了解，对校正系统各种方案的比较，得出校正系统最优方案。设计过程中的方案选择和参数设定使我进一步深刻认识到自控原理中校正环节对整个系统的重要作用。一个细小的参数设定出现偏差，可能导致最后的性能指标与系统要求相差甚远。运用matlab软件作出系统的波的图，极大地简化了设计过程，更加清晰直观的发现问题，同时也初步掌握了